Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Контрольная работа - механика грунтов - файл 1.docx


Контрольная работа - механика грунтов
скачать (60.4 kb.)

Доступные файлы (1):

1.docx61kb.18.12.2011 07:35скачать

содержание

1.docx

Исходные данные

Содержание крупнообломочных частиц К =11%

Содержание песчанных частиц размером 2-0.05 мм П=56%

Содержание органических веществ Jam=0д.е.

Содержание легкорастворимых солей Cp=0%

Влажность на границе раскатывания WP=12 %

Влажность на границе текучести WL=18%

Природная влажностьW=7%

Природная плотность грунта ρ=1.85г/см3

Плотность частиц грунта ρS=2.75г/см3

Расчетная температура грунтаT>0C

Максимальная плотность грунта ρMAX=1.79г/см3

Соответствующая этой плотности оптимальная влажность WL =9г/см3

Относительное набухание εSW =0.07д.е

Относительная просадочность εSL=0д.е

Сопротивление грунта срезу при нормальном давлении

Р1=0.10 МПа τ1=0.05мПа

Р2=0.20 МПа τ 2=0.081мПа

Р3=0.30 Мпа τ 3=0.12мПа

Относительная деформация образца (ε) грунта высотой

25 мм при компрессионном сжатии

Р1=0.05 МПа ε1=0.12д.е

Р2=0.10 МПа ε2=0.001д.е



Р3=0.20 МПа ε3=0.009д.е

Р4=0.30 МПа ε4=0.015д.е

Глубина заложения подошвы фундамента dn=2.8м

Ширина фундамента B=2.4м

Длина фундамента L=24м

Давление, передаваемое фундаментом на грунтP=0.175мПа

Сосредоточенные силы, деуствующие на грунт

Р1=28.5кН

Р2=65,56кН

Р3=38,85кН

Расстояние от точки М до вертикальной оси,

проходящей через точку приложения силы

r1=1.22м

r2=6,21м

r3=7.34м

Высота откоса Н=14.25м

Заложение откоса n=1.5д.е

Задание №1. Определение классификационных параметров и классификация грунта.

В соответствии с ГОСТ 25100-95 установить класс, группу, подгруппу, вид и разновидность грунта.

В курсовой работе все грунты относятся к классу природных дисперсных грунтов.

В соответствии с таблицей 2 ГОСТ 25100-95 по группам грунты делятся на связные и несвязные. К связным относятся глинистые грунты, илы, сапропели, заторфованные грунты, торфы и др. К несвязным относятся пески и крупнообломочные грунты.



Вид грунта определяется в соответствии с Приложением А ГОСТ 25100-95.

Песок

Разновидность грунта определяется в соответствии с таблицей 2 ГОСТ 25100-95. В зависимости от вида грунта необходимо классифицировать грунт по следующим характеристикам:

1.По гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пески)
Т.к. Содержание песчанных частиц размером 2-0.05 мм П=56%-пылеватый

По степени неоднородности гранулометрического состава

2.В зависимости от степени неоднородности гранулометрического состава Сu=0.025≤3, следовательно однородный грунт.

3.По коэффициенту водонасыщения
Sr =wρsρwe=7*2,751*0,59=0,326-малой степени водонасыщения

где W=7% - природная влажность грунта, д. е.;

ρs=2,75 - плотность частиц грунта, г/см3;

ρw - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

е=( ρs- ρd)/ ρd=0,59 -коэффициент пористости

где ρs=2,75 - плотность частиц грунта, г/см3;

ρd=1,73 - плотность сухого грунта, г/см3.

4.По коэффициенту пористости –плотные

5.степени плотности Id=emax-eemax-emin=1-сильноуплотненный

где е - коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;

emax=(2.75-1.73)/1.73=0.59 - коэффициент пористости в предельно-плотном сложении;

emin - коэффициент пористости в предельно-рыхлом сложении

6.По относительному содержанию органического вещества (Jam=0д.е )-без примеси органических веществ

7.По степени засоленности(Cp=0%)-незасолённый

8.По относительной деформации пучения εfn≤0,01-практически непучинистый

  1. По температуре-намёрзлый(талый).

К основным классификационным характеристикам грунта относятся следующие:

1.1^ Число пластичност Ip (%) - разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp.

Ip = Wl - Wp.=18-12=6%

1.2. Показатель текучести IL - отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp, к числу пластичности Ip.

IL=W-WpIp=7-126=-0.83
1.3. Степень влажности (коэффициент водонасыщения) Sr - степень заполнения объема пор водой.

S=0.01*WρSeρW=0.01*7*2.750.59*1=0.326

где pW - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

1.4Коэффициент пористости e - отношение объема пор в единице объема грунта к объему твердых частиц:

е=( ρs- ρd)/ ρd=0,59

Плотность скелета грунта (плотность сухого грунта) pd - отношение массы твердых частиц к объему грунта (г/см3):

ρd=ρ1+0.01*W=1.851+0.01*7=1.73

Задание №2. Определение классификационных и расчетных параметров грунта по заданным показателям.

Основываясь на данных, содержащихся в задании к курсовой работе определить

следующие показатели грунта:

Пористость

Удельный вес грунта

Удельный вес твердых частиц грунта

Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды

Характеристики прочности (с и ф)

Характеристики деформируемости (m0, mv, Е)

Определение расчетных параметров грунта.

Удельный вес грунта (��, кН/м3) в естественном состоянии определяется по плотности грунта (ρ) в г/см3

�� = ρ*g=9.81*1.85=18.15

Удельный вес твердых частиц грунта определяется аналогично по плотности твердых частиц.

��s=2,75*9.81=26,9

Пористость грунта - объем пор в единице объема грунта



n=e1+e=0.591+0.59=0.37

Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды ��sb (кН/м3)

γsb=γS-γW1+e=26.9-101+0.59=10.62

где yw - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м .

Определение характеристик прочности грунта.

Сопротивление грунта срезу при нормальном давлении

Р1=0.10 МПа τ1=0.05мПа

Р2=0.20 МПа τ 2=0.081мПа

Р3=0.30 Мпа τ 3=0.12мПа

Грунты в основании сооружений, а также при неодинаковых отметках их поверхности испытывают воздействие не только нормальных, но и касательных напряжений. Когда касательные напряжения по какой-либо поверхности в грунте до

стигают его предельного сопротивления, происходит сдвиг одной части массива грунта по другой. Прочностные свойства грунтов могут исследоваться при самых различных схемах испытаний, в которых грунт доводится до состояния разрушения: (сдвиговые приборы, приборы одно- и трёхосного сжатия, приборы для: испытаний на перекос, кручение и др.).

Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение т при котором образец фунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении σ.

Сопротивление срезу в несвязных грунтах (пески) развивается за счет сопротивления внутреннего трения частиц грунта между собой. В связных грунтах (глины, суглинки, супеси) сопротивление срезу складывается из двух частей: внутреннего трения и сцепления.

Силы трения зависят от степени влажности и плотности грунта, от размера и формы частиц. Силы сцепления, действующие между грунтовыми частицами, обусловливаются силами молекулярного притяжения, наличием капиллярного давления и склеивания частиц естественным вяжущим. Силы сцепления зависят от плотности и влажности грунта.

Сопротивление грунтов срезу возрастает с увеличением нагрузки, нормальной к плоскости среза.

На основании экспериментальных опытов установлено, что зависимость между касательным напряжением и нормальным напряжением имеет вид:

для песчаных грунтов

τu1 =σ1 tgφ,=0.309

τu2 =σ2 tgφ,=0.061



τu3 =σ3 tgφ,=0.092

τu =0.154

где φ - угол внутреннего трения.

φ=arctgτA-τBσA-σB=17.2

С=0,019Мпа=19КПа

Определение характеристик деформируемости грунта.

Грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой.

Под действием внешнего давления грунты способны давать осадку, т.е. уменьшаться в объеме. Степень сжимаемости грунтов зависит от характера и структуры грунта.

Сжимаемость песчаных фунтов невелика и зависит от их гранулометрического, минерального состава и плотности сложения, она развивается за счет взаимного перемещения отдельных зерен и протекает очень быстро, независимо от влажности.

Сжимаемость глинистых фунтов зависит от их минерального состава, степени дисперсности, пористости, а также от состояния породы и условий сжатия. Скорость сжатия глинистых грунтов зависит от их водопроницаемости. При малых значениях коэффициента фильтрации и большой мощности сжимаемого слоя процесс сжатия может длиться многие годы.

Грунт, помещенный в кольцо с жесткими стенками, исключающими боковое расширение, под влиянием передаваемой на него вертикальной нагрузки будет уплотняться, т.е. уменьшаться в объеме или, как говорят, давать осадку, что внешне выражается в уменьшении высоты образца. Это происходит вследствие уменьшения пористости. Сжимаемость же воды, минеральных частиц - незначительна и ей пренебрегают. Графическая зависимость коэффициента пористости от давления при невозможности поперечного расширения грунта называется компрессионной кривой. Модуль деформации Е (МПа) является важнейшим показателем деформируемости грунта и используется при расчете осадок основания. Он аналогичен модулю упругости для твердых тел, но в отличие от последнего, учитывает как упругие, так и остаточные деформации грунта.

Помимо модуля деформации грунта используется также понятие коэффициента сжимаемости m0 (1/МПа), который представляет собой тангенс угла наклона секущей к компрессионной кривой в заданном интервале давлений (Рис. 2.3).

Для определения модуля деформации грунта Е в лаборатории проводится сжатие образца без возможности бокового расширения в компрессионном приборе (рис. 2.4) по ГОСТ 12248-96. По результатам испытания строится компрессионная кривая.

Р1=0.05 МПа ε1=0.12д.е

Р2=0.10 МПа ε2=0.001д.е

Р3=0.20 МПа ε3=0.009д.е

Р4=0.30 МПа ε4=0.015д.е


По компрессионной кривой определяют показатели деформируемости грунта, к ним относятся следующие характеристики:

Коэффициент сжимаемости m0:
m0=e1-e2P2-P1=-0.08

mv=m01+e1=0.136

e1=e01(1+e0)=0.59-(1+0.001)=0.411

e2=e02(1+e0)=0.59-(1+0.009)=0.419

e0=0.59

Модуль деформации грунта Е (МПа) :

E=(1+e0)*β/mv=8.66

где e1 и е2 - коэффициенты пористости, соответствующие давлениям P1 и Р2 (в работе принять Pj = 0,1 МПа, Р2 = 0,2 МПа); е0 - начальный коэффициент пористости, соответствующий нулевому давлению; β - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле

β=1-2v21-v=0.74

где v - коэффициент поперечной деформации, определяемый по результатам испытаний в приборах трехосного сжатия. При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать v равным: 0,30 - 0,35 - для песков и супесей;. При этом меньшие значения v принимают при большей плотности грунта.

Задание №3

Определение величины вертикальных составляющих напряжений от действия системы сосредоточенных сил.

Вертикальные сжимающие напряжения σZ, возникающие в точке грунтового массива от действия приложенной к его поверхности вертикальной сосредоточенной силы, определяются исходя из представлений об основании как о непрерывном, линейно-деформируемом полупространстве. Напряжения определяется по следующей формуле:

σz=K1P1z2+K2P2z2+K3P3z2=0,637

K1=0,4151

K2=0,0466

K3=0,0269

Z=5м

Сосредоточенные силы, деуствующие на грунт

Р1=28.5кН

Р2=65,56кН

Р3=38,85кН

Расстояние от точки М до вертикальной оси,

проходящей через точку приложения силы

r1=1.22м

r2=6,21м

r3=7.34м

Задание №4

Расчет осадки грунтового основания методом послойного суммирования.

Метод послойного суммирования применяют при определении осадок фундаментов ограниченных размеров. Сущность данного метода состоит в следующем. Эпюру 

вертикальных напряжений (рис. 4.1) в основании по центральной оси фундамента разбивают на участки, соответствующие мощности отдельных слоев грунта h. не более 0,4b (где в=2,4 - ширина подошвы фундамента), в пределах каждого элементарного слоя считают величину напряжений неизменной и равной величине среднего напряжения в рассматриваемом слое, т. е. заменяют действительную криволинейную эпюру ступенчатой.

В этом случае сжатие в пределах каждого слоя рассматривают как сжатие без возможности бокового расширения, а величину осадки определяют как сумму осадок отдельных слоев.

Осадка основания s определяется методом послойного суммирования по формуле

s =βi=1nσzphiEi

(4.1)

где β- безразмерный коэффициент, равный 0,8; σzpj - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней z. границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; h и Е. - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис. 4.1.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента: <jzp - по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, и <zp,c - по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, определяются по формулам:

σzp = αpo; (4.2)

σzp,c = αpo/4, (4.3)

где α- коэффициент, принимаемый по табл.2 в зависимости от формы подошвы

фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: ξ= 2z/b при определении yzp и ξ = z/b при определении yzp c;

p0 = p - σzg,0 - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b > 10 м принимается р0 = р); р - среднее давление под подошвой фундамента;

σ zg0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается σzgo0 = у d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σ zg0 = ydn, где Y - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, d и dn - обозначены на рис.4.1).

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта σzg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле

σzg =γ'dn + i=1nhiγi



где ��1- удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

dn - обозначение - см. рис. 4.1; y и h - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.

При определении σzg в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды, расположенного выше рассматриваемой глубины.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z = Hc, где выполняется условие σzp = 0,2σzg (здесь σzp - дополнительное вертикальное напряжение на глубине по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; σzg - вертикальное напряжение от собственного веса грунта).

Исходные данные:

Глубина заложения подошвы фундамента dn=2.8м

Ширина фундамента B=2.4м

Длина фундамента L=24м

Давление, передаваемое фундаментом на грунтP=0.175мПа

Удельный вес грунта ��=18,15

Принимаем h≤0.4b=0.96

P0=124.18

Полученные расчеты сводим в таблицу, все величины найдены в соответствии с приведенными выше формулами:


z


ξ(уzp)


σzg



α


σzp

ξ(уzp,c)

α

σzg,c

σzpc

0

0

50,82

1

124,18

0

1

50,82

31,045

0.9

0,75

67,155

0,893

110,8927

0,375

0,98275

67,155

30,50947

1.8

1,5

83,49

0,67025

83,23165

0,75

0,929

83,49

28,84081

2.7

2,25

99,825

0,498125

61,85716

1,125

0,778625

99,825

24,17241

3.6

3

116,16

0,397

49,29946

1,5

0,67025

116,16

20,80791

4.5

3,75

132,495

0,325375

40,40507

1,875

0,57875

132,495

17,96729

5.4

4,5

148,83

0,2745

34,08741

2,25

0,504375

148,83

15,65832

6.3

5,25

165,165

0,237

29,43066

2,625

0,437813

165,165

13,59189

E =8.66МПа

Найдем s=70,88


Задание №5

Расчет устойчивости откоса, сложенного заданным грунтом.

Высота откоса Н=14.25м

Заложение откоса n=1.5д.е

В качестве метода оценки устойчивости откоса применить метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Сущность метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения сводится к следующему. Предположим, что грунтовый массив смещается по круглоцилиндрической поверхности АС с центром в точке О . Условием равновесия призмы обрушения будет: сумма моментов всех сил относительно точки вращения О равна нулю, т.е. ЕМО = 0. Для составления уравнения моментов относительно точки вращения О разобьем призму скольжения ABC вертикальными сечениями на ряд отсеков. Разбивка призмы обрушения на отсеки производится с учетом неоднородности грунта призмы и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го отсека прочностные характеристики ф и с были бы постоянными, а также из учета геометрических соображений. При выполнении работы призму обрушения разбить на 4 отсека.

Силой, действующей на каждый отсек, будет его вес Q=��s=1286.5.

Принимаем условно за точку приложения веса каждого отсека точку пересечения отвесной линии (вес отсека) с серединой отрезка соответствующей дуги скольжения.Разложим вес отсека Qi, на нормальную Ni, (по направлению радиуса вращения), и касательную Ti, (по направлению, перпендикулярному радиусу) составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

Ni=Qicosαi, Тi=Qisinαi,

Момент сил, сдвигающий отсек относительно точек вращения О:

Мсдвиг=RQisinαi

Удерживающие силы Т'i, в пределах основания каждого отсека будут обусловлены сопротивлением сдвигу за счет сил внутреннего трения, пропорциональных нормальной составляющей N, и сцепления грунта по поверхности скольжения:

T'i=Nitgφi+cili=Qicosαitgφi+cili

где li - длина дуги основания i-того отсека; φi - угол внутреннего трения; сi - сцепление

Момент сил, удерживающих призму скольжения, определится по формуле:

Мудерж=R(Qicosαitgφi+cili)

Коэффициент устойчивости η откоса будет равен отношению момента сил,

удерживающих призму скольжения, к моменту сил сдвигающих:



η=МсдвигМудерж

Таким образом,

α=360, φ=17,20, Q=1286.5, c=19КПа.

��=18.15

Из некоторого центра радиуса R проводят часть окружности; в плоскости чертежа она является следом поверхности, для которой проверяется возможность смещения массива грунта. Графически, по масштабу, определяем радиус кривой скольжения. Разбиваем массив на блоки, графически определяем их ширину и высоту сторон и производим расчет всех необходимых элементов для определения коэффициента устойчивости.

1) Длина дуги скольжения определяется по формуле:

L=r*β=29.6*59.*3.14180=30.46

№ Блока

Ширина,м

Высота, м

Q, Н

Qsinα

Qcosα

1

6.4

0

0

0

0

2

6.4

6.1

708,576

-702,751

-90,672

3

6.4

5.8

673,728

-668,189

-86,2127

4

6.4

3.5

406,56

-403,218

-52,0249

Всего










М удерж =508.01R

Мсдвиг=-1774.16R

Следовательно ,η=-3,49.

2)L=28.5

№ Блока

Ширина,м

Высота, м

Q, Н

Qsinα

Qcosα

1

6.925

0

527,8928

-523,553

-67,5511

2

6.925

4.3

930,0968

-922,45

-119,019

3

6.925

7.4

992,9411

-984,778

-127,06

4

6.925

7.9

0

0

0

Всего




-2430,78

2450,931

М удерж =545.6R

Мсдвиг=-2430.78R

Следовательно ,η=-4.45.
3) L=28.9

№ Блока

Ширина,м

Высота, м

Q, Н

Qsinα

Qcosα



1

7.225

5.9

773,6891

-767,329

-99,0041

2

7.225

9.4

1232,657

-1222,52

-157,735

3

7.225

10.8

1416,245

-1404,6

-181,228

4

7.225

0

0

0

0

Всего
-3394,45

-437,967

М удерж =580.6R

Мсдвиг=-3394,45R

Следовательно ,η=-5.84
4) L=43

№ Блока

Ширина,м

Высота, м

Q, Н

Qsinα

Qcosα

1

8.7

0

1263,24

-1252,85

-161,649

2

8.7

6.1

2147,508

-2129,85

-274,803

3

8.7

5.8

1752,746

-1738,34

-224,288

4

8.7

3.5

0

0

0

Всего




-5121,04

5163,494


М удерж =612.68R

Мсдвиг=-5121,04R

Следовательно ,η=-8.35

Минимальное значение коэффициента устойчивости соответствует 4 кривой, следовательно она и является наиболее опасной кривой скольжения.


Скачать файл (60.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации